আলো থামার আগ পর্যন্ত কীভাবে তার গতি কমানো যায়?

শূন্যস্থানে, আলো সর্বদা প্রতি সেকেন্ডে ২৯,৯৭,৯২,৪৫৮ মিটার স্থির গতিতে ভ্রমণ করে। পদার্থবিদদের দ্বারা নির্দেশিত এই ধ্রুবক c এর চেয়ে দ্রুত আর কিছুই ভ্রমণ করতে পারে না। এই দুটি স্বীকৃত ধারণা আধুনিক পদার্থবিজ্ঞানের মৌলিক ভিত্তি এবং একশ বছরেরও বেশি সময় আগে অ্যালবার্ট আইনস্টাইন প্রথম ঘোষণা করেছিলেন। তবুও, আলোকে স্থির অবস্থায় আটকে রাখার জন্য কিছু উদ্ভাবনী উপায় রয়েছে যা শুনলে বেশ অদ্ভুত লাগতে পারে।

হ্যাঁ, এট সত্যি যে কোনো কিছুই আলোর চেয়ে দ্রুত ভ্রমণ করতে পারে না। তবে যখন আলো ভ্যাকুয়ামের বাইরে কোনো মাধ্যমের মধ্য দিয়ে যায়, তখন তার গতি কমে যায়। উদাহরণস্বরূপ, পানি বা বাতাসের মধ্য দিয়ে আলো ধীরগতিতে চলে। এর কারণ হলো, আলো যখন অণুর সাথে সংঘর্ষ করে, তখন তা ইলেকট্রনের মাধ্যমে শোষণ ও পুনঃনিঃসরণের মধ্য দিয়ে যেতে হয়। ফোটনগুলি নিজে ধীর হয় না, কিন্তু মাধ্যমের মধ্যে তাদের এই প্রক্রিয়ার কারণে গতিশীলতা সীমিত হয়।

পানির মতো কিছু পদার্থে এমন হয় যে, একটি ইলেকট্রন আলোর চেয়ে দ্রুত ভ্রমণ করতে পারে। তবুও, কোনো কিছুরই শূন্যস্থলের আলোর গতির চেয়ে দ্রুত চলা সম্ভব নয়।

কিছু ক্ষেত্রে কম গতির আলো কিছু খুব আকর্ষণীয় ভৌত ঘটনা তৈরি করতে পারে। আপনি সম্ভবত সনিক বুমের কথা শুনেছেন। একটি স্বাভাবিক সাবসনিক বিমান তার ডানার চারপাশে বাতাসকে মসৃণভাবে বিচ্যুত করে। একটি সুপারসনিক বিমান যা শব্দের চেয়ে দ্রুত গতিতে ভ্রমণ করে (৩৪০ মিটার/সেকেন্ডের বেশি), এটি এমনভাবে চলে যে এটি চাপ তরঙ্গকে ছাড়িয়ে যায়। এর ফলশ্রুতিতে হঠাৎ করে চাপ পরিবর্তন বা শকওয়েভ তৈরি হয় যা বিমানের থেকে কনাকার আকারে শব্দের গতিতে ছড়িয়ে পড়ে।

ডঃ ম্যানহাটন

প্রতিসরাঙ্ক n বিশিষ্ট মাধ্যমে আলোর দশার বেগ v_light$= c/n$ । পানির প্রতিসরাঙ্ক প্রায় 1.3, তাই পানিতে আলোর গতি শূন্যস্থানে আলোর গতির তুলনায় যথেষ্ট কম। কেবল একটি ইলেকট্রনই নয়, অন্যান্য কণাও ভিন্ন মাধ্যমে আলোর চেয়ে দ্রুত গতিতে চলতে পারে। যদি একটি চার্জিত কণা একটি মাধ্যমে আলোর চেয়ে দ্রুত ভ্রমণ করে, তাহলে একটি হালকা বিকিরণ উৎপন্ন হয়। উদাহরণস্বরূপ, পানিতে চার্জিত কণা পানির অণুগুলিকে উত্তেজিত করে, যা নীল আলোর ফোটন নির্গত করে তাদের স্বাভাবিক অবস্থায় ফিরে আসে। আলো সেই অঞ্চলের সামনে একটি শঙ্কুতে ছড়িয়ে পড়ে যেখানে মিথস্ক্রিয়া ঘটেছিল, যা সোনিক বুমের অনুরূপ।

১৯৩৪ সালে পাভেল চেরেনকভ যখন তরল পদার্থে তেজস্ক্রিয়তার প্রভাব দেখতে বলেন, তখন তিনি এই প্রভাবকে একটি হালকা নীল আভা হিসেবে পর্যবেক্ষণ করেন। পারমাণবিক চুল্লির সাথে কাজ করা লোকেরা প্রায়শই এই অদ্ভুত নীল আভা দেখতে পান। জনপ্রিয় গল্পে, ওয়াচম্যান এর ডক্টর ম্যানহাটন সবসময় নীল আলো বা নীল ঝলকে দেখা যায়।

এই আলোচনাটি প্রশ্ন জাগায়: আমরা আলোর গতি কতটা ধীর করতে পারি?

ডেড স্টপ

যদিও আমরা আলোর গতি কখনই বাড়াতে বা কমাতে পারি না যা সর্বদা একটি ধ্রুবক কিন্তু বিজ্ঞানীরা বিভিন্ন মাধ্যমে আলোর ভ্রমণের সময়কে নিয়ন্ত্রণ করতে সফল হয়েছেন। ঘরের তাপমাত্রায়, পরমাণুগুলি অবিশ্বাস্যভাবে দ্রুত এবং বিলিয়ার্ড বলের মতো আচরণ করে, যখন তারা একে অপরের সাথে যোগাযোগ করে তখন একে অপরের উপর লাফিয়ে পড়ে। আপনি যখন তাপমাত্রা কমিয়ে দেন (মনে রাখবেন তাপমাত্রা পারমাণবিক আন্দোলনকে প্রতিফলিত করে), পরমাণু এবং অণুগুলি ধীর গতিতে চলে। অবশেষে, আপনি যখন পরম শূন্যের উপরে প্রায় 0.000001 ডিগ্রিতে পৌঁছাবেন তখন পরমাণুগুলি এত ঘন হয়ে যাবে যে তারা একটি সুপার পরমাণুর মতো আচরণ করে একসাথে কাজ করে। এবং এটি হলো কোয়ান্টাম মেকানিক্সের ক্ষেত্র যেখানে অনেক অদ্ভুত ঘটনা ঘটার জন্য প্রস্তুত থাকে।

এটি আসলে পদার্থের একটি স্বতন্ত্র অবস্থা যা বোস-আইনস্টাইন Condensate নামে পরিচিত, যা তরল, গ্যাসীয়, কঠিন বা প্লাজমার মতো দৈনন্দিন পর্যবেক্ষণযোগ্য অবস্থার সাথে সাদৃশ্যপূর্ণ নয়। সংক্ষেপে বলতে গেলে, BEC প্রথম 1920-এর দশকে আলবার্ট আইনস্টাইন এবং ভারতীয় পদার্থবিদ সত্যেন্দ্র বোস দ্বারা ভবিষ্যদ্বাণী করা হয়েছিল এবং 1995 সালের খুব শেষের দিকে বিজ্ঞানীরা পদার্থের এই চরম অবস্থার জন্য প্রয়োজনীয় পরিস্থিতি তৈরি করতে সক্ষম হন।

১৯৯৯ সালে, হার্ভার্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের অধ্যাপক লেন ভেস্টারগার্ড হাউ মাত্র ১/১২৫ ইঞ্চি লম্বা প্রায় গতিহীন সোডিয়াম পরমাণুর মেঘের মধ্য দিয়ে একটি লেজার রশ্মি লক্ষ্য করেছিলেন। প্রথমে, কাপলিং রশ্মি নামে পরিচিত একটি প্রাথমিক রশ্মি মেঘের উপর আলোকিত করা হয় যা এটিকে স্বচ্ছ করে তোলে। এটি প্রতিসরাঙ্কের পরিবর্তনের অত্যন্ত দ্রুত হারের সাথে ঘটে।

আলো হল একটি তরঙ্গ, যা যখন এক মাধ্যমে থেকে অন্য মাধ্যমে প্রবেশ করে, তখন তার গতি পরিবর্তিত হয়। এই কারণে আলো বেঁকে যায় এবং এ ঘটনাই হলো প্রতিসরণ। যখন আলো দ্রুতগতির মাধ্যমে থেকে ধীরগতির মাধ্যমে প্রবেশ করে, তখন আলো সেই সীমারেখার স্বাভাবিক রেখার দিকে বাঁক নেয়। আলো কতটা বাঁকাবে তা নির্ভর করে দুই মাধ্যমে প্রতিসরণের সূচকের উপর। এই সম্পর্ককে স্নেলের সূত্র দিয়ে বোঝানো হয়।

একটি গবেষণায় দেখা গেছে, যখন একটি স্বচ্ছ গ্যাসের মেঘের মধ্য দিয়ে একটি দ্বিতীয় লেজার বিম বা প্রোব পালস পাঠানো হয়, তখন এই গ্যাসের প্রতিসরণের সূচক কাঁচের ফাইবারের চেয়ে একশো ট্রিলিয়ন গুণ বেশি। এই পরিস্থিতিতে আলো স্রেফ ঘণ্টায় ৩৮ মাইল গতিতে এগোতে পারে। তুলনা করতে গেলে, একটি ঘোড়ার গতি এই আলোর ধীর গতির তুলনায় অনেক দ্রুত।

ভেসে থাকা আলো

প্রফেসর হাউ শুধু আলোর গতি ধীর করার চেষ্টা করেননি, তিনি এমন এক পরীক্ষা করেছেন যেখানে আলো সম্পূর্ণ থেমে যায়। ভাবতে অবাক লাগে, কিন্তু বিজ্ঞানীরা এটি করতে সক্ষম হয়েছেন। প্রথমে তারা সোডিয়াম পরমাণুর একটি গ্যাস নেন। এরপর সেই গ্যাসকে চুম্বকের সাহায্যে আটকে রাখা হয়। গ্যাসকে এমনভাবে ঠান্ডা করা হয় যে এর তাপমাত্রা পৌঁছে যায় একেবারে শূন্যের কাছাকাছি, অর্থাৎ -273 ডিগ্রি সেলসিয়াসের মিলিয়ন ভাগের কাছাকাছি। এত ঠান্ডায় গ্যাসের সব পরমাণু প্রায় স্থির হয়ে যায় এবং কোনোরকম কাঁপাকাঁপি করেনা।

পরীক্ষার জন্য দুটি লেজার ব্যবহার করা হয়। একটি হলো কাপলিং লেজার যেটি মূল নিয়ন্ত্রণের কাজ করে। এবং অন্যটি হলো প্রোব লেজার যেটি আলো বা সংকেত হিসেবে কাজ করে।

পরীক্ষার নিয়ম সহজে এভাবে কাজ করে

যখন প্রোব লেজার গ্যাসের মধ্যে জ্বলে চলছিল এবং হঠাৎ কাপলিং লেজার বন্ধ করা হল, তখন প্রোব লেজার সম্পূর্ণ থেমে যায়। আলোর চলা যেন এক মুহূর্তের জন্য বন্ধ হয়ে যায় তখন।

এরপর যদি আবার কাপলিং লেজার চালু করা হয়, প্রোব লেজার আবার আগের মতো চলতে শুরু করে। ঠিক যেন আলো কিছু সময়ের জন্য থেমে ছিল এবং তারপর আবার তার যাত্রা চালিয়ে গেল।

এই পরীক্ষায় দেখা যায় যে, আলোকে শুধু ধীর করা সম্ভব নয়, বরং পুরো থামানোও সম্ভব। চমৎকার বিষয়  হলো, একই বছর ২০০১ সালে, ডক্টর রোনাল্ড ওয়ালসওর্থ হাভার্ড-স্মিথসোনিয়ান সেন্টার থেকে একই পরীক্ষা পুনরায় চালিয়ে একই ফলাফল পান। অর্থাৎ এই ফলাফল নিশ্চিতভাবে সঠিক।

সহজভাবে বলতে গেলে, আমাদের দৈনন্দিন জীবনে আমরা আলোকে খুব দ্রুত মনে করি। কিন্তু এই পরীক্ষায় দেখা গেছে, আলোর গতিকে এমনভাবে নিয়ন্ত্রণ করা যায় যে তা কিছুক্ষণের জন্য স্থির হয়ে যায়। এটি আমাদের বোঝায় আলো কেবল আলো নয়, এটি পদার্থের সাথে মিশে এক নতুন ধরনের আচরণ করতে সক্ষম।

এরপর থেকে আলোর গবেষণায় বিভিন্ন গুরুত্বপূর্ণ সাফল্য এসেছে। ২০১৩ সালে, জার্মানির ডারমস্টাড্ট বিশ্ববিদ্যালয়ের একটি দল আলোককে একটি স্ফটিকের কাঠামোর মধ্যে সম্পূর্ণ থামাতে সক্ষম হয়েছিল এবং তা পুরো এক মিনিট ধরে স্থির রাখা সম্ভব হয়েছিল। তারা এই প্রক্রিয়ার মাধ্যমে একটি ছবি সংরক্ষণও করতে পেরেছিল, যা তিনটি দাগ নিয়ে গঠিত ছিল এবং পরে সেই ছবি পুনরায় বের করা সম্ভব হয়েছিল। প্রধান গবেষক জর্জ হাইনজ জানান,

আমরা দেখিয়েছি যে, আলোর কণার মধ্যে জটিল তথ্যও ধারণ করানো সম্ভব।

এরপর ২০১৫ সালে, গ্লাসগো বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষকরা এমন একটি পদ্ধতি খুঁজে বের করেন, যেখানে আলোর গতি ধীর করা যায় কোনো মাধ্যমের মধ্য দিয়ে না চালিয়ে। তারা মূলত আলোর গতিকে সরাসরি পরিবর্তন না করে, বিশেষ একটি মাস্ক বা ফিল্টারের মাধ্যমে আলোর বীমকে আকৃতি প্রদান করেছিল। এই মাস্কের মাধ্যমে আলোর বীমকে Gaussian বা Bessel আকারে পরিবর্তন করা সম্ভব হয়, যা আলোর গতি নিয়ন্ত্রণে সাহায্য করে।

যখন আলো কোনো মাধ্যমে যেমন কাচ, পানি বা এমন কোনো পদার্থের মধ্য দিয়ে চলে, যা দিয়ে ফিল্টার তৈরি করা যায়, তখন আলোর গতি আবার তার স্বাভাবিক, ধ্রুবক গতিতে ফিরে আসার কথা। কিন্তু এই পরীক্ষায় দেখা গেছে, আলোর আকৃতি পরিবর্তনের মাধ্যমে এটিকে c-এর চেয়ে ধীর গতিতে চলতে বাধ্য করা যায়। আসলে আলোর গতি মাত্র প্রায় ০.০০১ শতাংশ ধীর হয়েছিল যা দেখলে মনে হয় খুব ছোট পার্থক্য এবং এটি আলোকে সম্পূর্ণ থামানোর মতো চমকপ্রদ না হলেও তবুও অত্যন্ত আকর্ষণীয়। এই পরীক্ষায় বোঝা গেছে যে, আলো হয়তো আগের চেয়ে অনেক বেশি নমনীয় বা পরিবর্তনযোগ্য।

এ ধরনের পরীক্ষার কিছু ব্যবহারিক সুবিধা রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, এগুলো কোয়ান্টাম কম্পিউটিং এবং কোয়ান্টাম যোগাযোগের কাজে ব্যবহার করা যায়। তবে আমার কাছে সবচেয়ে মজার বিষয় হলো, শুধু নতুন কিছু করে দেখানোর জন্যই এই ধরনের নতুন আবিষ্কার করা এটি সত্যিই আশ্চর্যজনক এবং কৌতূহলোদ্দীপক।